Pro/ Engineer 在逆向工程曲面造型上的应用
摘 要
介绍了在逆向工程曲面建模过程中,使用美国PTC 公司的Pro/Engineer 三维造型软件,处理由三坐标测量机所测得的大量点数据,建立符合工程要求的曲面的方法。着重阐述了由大量数据点进行不规则曲线、曲面反求的完整技术。探讨了在Pro/ Engineer 环境下,直接从三坐标测量机产生的数据论文生成合乎工程要求的三维曲线,进而生成三维曲面的方法。通过对实验测量的涡轮表面数据的处理,在Pro/ Engineer 中建立了符合工程要求的涡轮曲面,从而证实了本方法的确实可行性。
关键词:逆向工程;Pro/ Engineer 软件;三维曲线;曲面建模
Appl ications of Pro/ Engineer in ReverseEngineering Surface
Model ing
Abstract
Introduced in the process of reverse engineering in surface modeling by Pro/ Engineer software produced by PTC corp. ,and theway to build satisfactory surface models composed of large 3D - points datum surveyed by CMM (Coordinate Measuring Machine) . Theemphasis is to build anomalistic curves and surfaces from numbers of datum. This paper especially probes into how to produce engineering 3D - curve directly from CMM datum file under Pro/ Engineer environment . Through dealing with the datum of turbo gathered by CMMand building turbo surface ,the method is proved to be feasible.
Key words :reverse engineering ;pro/ engineer software ;3D - curve ;surface modeling
0 引 言
在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,在对零件原形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD 模型,并以此为依据生成数控加工的NC 代码,加工复制出一个相同的零件,即所谓的逆向工程(Reverse Engineering) 。逆向工程一般可分为四个阶段:零件原形的数字化、从测量数据中提取零件原形的几何特征、零件原形CAD模型的重建、重建CAD 模型的检验与修正。当零件原形数字化后形成一系列的空间离散点,生成原形的CAD 模型就是要在这些离散点的基础上,应用计算机辅助几何设计的有关技术,构造零件原形的CAD 模型。通常对于含有自由曲面的复杂型面,用一张曲面来拟合所有的数据点是不可行的,一般首先按照原形所具有的特征,将测量数据点分割成不同的区域,各个区域分别拟合出不同的曲面,然后应用曲面求交或曲面间过渡的方法将不同的曲面连接起来构成一个整体[ 1 ] 。
1 Pro/ Engineer 软件
Pro/ Engineer 系统是美国参数技术公司( ParametricTechnology Corporation ,简称PTC) 的产品。PTC 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/ CAE/ CAM 的传统观念,这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/ CAE/ CAM 领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/ CAE/ CAM 产品Pro/Engineer 软件能进行复杂的模型造型,尤其是曲面功能,灵活运用可以建立符合工程需要的大部分模型。Pro/ En2gineer 软件还有模具设计和NC 程序设计功能,在完成模型建立后,可以非常方便地生成模具和NC 代码,实现产品的快速改形,能够满足系列化、多样化的要求。逆向工程技术中用到的大量建模方法完全可以借鉴现有CAD/ CAM 系统,不需要另外搭建新平台。逆向工程在CAD/ CAM 系统中的逆向工程技术不是一个孤立的技术,它和测量技术及现有CAD/ CAM 系统有着千丝万缕的联系。人们可以利用Pro/ Engineer 的强大功能来构建逆向工程技术,将数字化仪采集的点云信息进行处理,创建出符合工程要求的曲线和曲面。
2 用Pro/ Engineer 进行曲面建模
下面以某涡轮叶片的曲面建模过程为例,来说明怎样利用Pro/ Engineer 来进行逆向工程。
2. 1 曲面构造流程
在某些情况下得到的往往是一些离散的三维数据点,如何将这些数据点构造需要的模型,这是逆向工程需要解决的问题。在工程上,希望能直接用Pro/ Engineer 来生成理想的曲面,然后可以利用Pro/ Engineer 的数控加工功能生成NC 代码。
首先,在三坐标测量机上,将模型重要的点测量出来,然后将数据通过特殊的方法输入到Pro/ Engineer 中,以生成轮廓曲线和控制曲线,再利用这些曲线生成曲面,最后将曲面光顺化后,就可以进行下一步的工作,比如建造模型或者生成NC 代码。具体过程如图1 所示。但是,Pro/Engineer 的点、线、面的绘制中,都没有提供由三点坐标直接生成的功能。不过,可以利用Pro/ Engineer 的其它强大的功能来间接生成由三维坐标控制的点、线和面。
2. 2 零件原形的数字化及转换
通常采用三坐标测量机(CMM) 或激光扫描等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。这种测量机一次采样只能获取一个点的三维坐标值,采样多个数据后形成点云。点云如果测量数据过密,计算量大,将会影响操作速度,这时可用简化手段去掉冗余点云。这种数据是测量仪输出的默认论文格式, Pro/ Engi2neer 是无法直接读取的,需要转换成可读取的格式。Pro/Engineer 虽然直接提供了许多线和面的生成方式,却没有直接提供由论文类数据生成线、面的方法,需要由另外的方法间接生成由论文数据控制的线。在Pro/ Engineer 创建扫描实体或者曲面的草绘扫描线时,只要给定坐标轴,就可以直接创建由3 . pts 论文格
式控制的3D 曲线[ 2 ] ,可以利用这个功能来将测量仪论文格式转换成符合要求的Pro/ Engineer 曲线。
过程如图2所示。